JP3145411B2 - 金属工作機械用途に使用する高圧クーラント用分配弁 - Google Patents

金属工作機械用途に使用する高圧クーラント用分配弁

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JP3145411B2 JP51994797A JP51994797A JP3145411B2 JP 3145411 B2 JP3145411 B2 JP 3145411B2 JP 51994797 A JP51994797 A JP 51994797A JP 51994797 A JP51994797 A JP 51994797A JP 3145411 B2 JP3145411 B2 JP 3145411B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は回転分配弁、特に金属工作機械または同様装
置の種々ステーションへ高圧クーラントを誘導するため
に使用できる弁に関する。
発明の背景 近年、金属工作機械における高圧クーラントの使用は
生産効率を高めかつ機械加工部品の仕上げに有用である
ことが照明されている。高圧流体媒体および高圧流体シ
ステムは、一般的に、種々の要素へ高圧流体を分配する
ために種々の弁の使用、および弁使用技術に依存してい
る。これらの弁は分配弁、分配装置、回転マニフォール
ド、その他の同様の種々の名称で呼ばれ、一時封止要素
として弾性シール、または一次動的（移動）封止要素と
して金属−金属シール要素が使用されている。
金属工作機械用の切削油または滑剤として使用される
クーラントおよび殆どの流体は寸法の異なる粒子により
汚染されているかまたは汚染されることになる。これら
の粒子はその流体に潜在的に浮揚しているか、または流
体が流れる系の磨耗または腐食により発生する。金属工
作機械において、クーラントは金属の切削または粉砕に
よるチップで汚染される。殆どの流体系は種々の寸法の
粒子を除去する設計の濾過を使用している。如何なる濾
過も完全でなく、その結果として金属粒子、腐食物質、
その他の鉱物がいかなる流体媒体内にも常時存在する。
弾性シールを使用する弁および分配装置において、こ
れらの粒子は弾性シール内または弾性シールと動的シー
ル内の移動要素との間に閉じ込められるかまたは埋め込
まれ、磨耗、切断、最終的に腐食を起こし、系内のシー
ルその他の要素の破壊により終極的に漏洩、要素の破損
および系の破損に繋がる可能性がある。
金属−金属シールを使用する弁および分配装置におい
て、粒子は封止面間の非常に小さい隙間に閉じ込められ
る。相対的に大きな粒子は、流体がその粒子をシール要
素の重合縁部上方へ運び、その縁部が相互に接近すると
きに閉じ込められる。障害物に対してはさみを閉鎖する
ときと同様である。これらの作用は、また、シール面を
損傷し、かつ構成要素の損傷に繋がる。ある既存のシー
ル法は黄銅または他の銅合金シール要素等の軟質金属を
使用する。これらの装置は弾性封止さた要素の場合と同
様の破損を受けている。
最後に、殆どの従来技術による分配弁において、流体
通路はシール要素を収容するには直径が小さい。
従って、今日、流体媒体中の汚染に対する損傷抵抗の
ある弁分配系に対するニーズがある。
発明の概要 本発明はこのニーズを満たす弁分配系に関する。従っ
て、本発明の好適形態により、高圧クーラントを誘導す
るための入口および出口を有する中空シャフトから成る
金属工作機械において高圧クーラント分配用の回転分配
弁を提供する。
本発明による金属工作機械における高圧クーラント分
配のための分配弁は、高圧クーラントを通過させる入口
および出口を有する中空シャフト、前記中空シャフトへ
取付けられたシールプレート、および複数のシールを有
するハウジングを含み、前記シールプレートは前記中空
シャフトの出口へ連結される孔を有し、前記複数のシー
ルの各々はシール体、前記複数のシールのそれぞれと前
記シールプレート間に漏れの無い界面を形成するために
上昇環状リングを有するシールフランジ、およびＯリン
グシールを支持するための環状面を有し、前記環状リン
グは前記環状面の外径と実質的に同一の直径を有するこ
とを特徴とする。
本発明による他の形態の金属工作機械における高圧ク
ーラント分配のための分配弁は、中心軸の中心に半径方
向へ配設された複数のシールを有するハウジング、およ
び前記ハウジングと共通の中心軸を中心に回転自在に連
結されたシールプレートから成り、前記複数のシールの
各々は高圧クーラントを通過させるためのシール体、上
昇環状リングを有する環状フランジ、およびＯリングシ
ールを支持するための環状面を有し、前記環状リングは
前記環状面の外径と実質的同一の直径を有し、前記シー
ルプレートは前記複数のシールの１つを回転自在に高圧
クーラント源へ連結するために前記複数のシールの半径
と実質的に同一距離を前記共通の中心軸から有する孔を
有する、ことを特徴とする。
好適形態において、本発明による分配弁は、前記シー
ルプレートに対して前記シールを付勢するために、前記
ハウジングと前記環状リング間で前記シール体の外部の
まわりに設置されたばね等の弾性部材を更に含む。
好適形態において、前記ハウジングおよび前記シール
プレートは共通の中心軸を有し、前記シールプレートの
孔は前記共通の中心軸から所定距離にあり、かつ前記複
数のシールは前記共通の中心軸を中心に半径方向に配置
されていて、前記複数のシールの各々の半径は前記共通
の中心軸からの前記シールプレートの孔の所定距離に実
質的に等しい。
好適形態において、前記シールプレートは前記ハウジ
ングの複数のシールの１つと前記シールプレートの孔を
回転自在に整列するために前記共通の中心軸を中心に回
転自在である。
好適形態において、前記ハウジングは前記ハウジング
の複数のシールの１つと前記シールプレートの孔を回転
自在に整列するために前記共通の中心軸を中心に回転自
在である。
好適形態において、前記シールプレートは前記共通の
中心軸から前記シールプレートの孔と異なる距離を有す
る第２孔を更に含み、かつ前記ハウジングは前記複数の
シールと同心に配設された複数の第２シールを更に含
み、前記複数の第２シールの各々の半径は前記第２孔の
前記共通の中心軸からの距離に実質的に等しい。
好適形態において、本発明による分配弁は、前記高圧
クーラントを前記中空シャフトの出口から前記シールプ
レートの孔へ誘導するための前記ハウジングへ連結され
たボンネットを更に含む。
好適形態において、前記ハウジングは、前記シールが
前記シールプレートの孔と整列するときに、前記金属工
作機械の工具ステーションへ高圧クーラントを通過させ
るための前記複数のシールの各々のための出口を更に含
む。
更に高圧クーラント源と金属工作機械のステーション
間を連通するための入口および複数の出口を有する分配
弁において、本発明による他の形態の分配弁は、前記入
口へ連結される孔を有するシールプレート、および前記
複数の出口へそれぞれ連結される複数のシールを有する
ハウジングを含み、前記複数のシールの各々はシール
体、前記シールプレートと前記複数のシールとの間に漏
れの無い界面を形成するために上昇環状リングを有する
シールフランジ、およびＯリングシールを支持するため
の環状面から成り、前記上昇環状リングは前記環状面の
外径と実質的同一の直径を有し、前記ハウジングは前記
金属工作機械の工具ステーションの１つへ前記高圧クー
ラント源を選択的に連結するために前記シールプレート
へ移動自在に連結されることを特徴とする。
好適形態において、前記複数のシールの各々に対する
弾性部材を更に含み、前記弾性部材は前記シールプレー
トと前記シールとを接触状態で保持するたために前記ハ
ウジングと前記環状リング間で前記シール体の外部のま
わりに設置されている。
好適形態において、前記ハウジングおよび前記シール
プレートは共通の中心軸を有し、前記シールプレートの
孔は前記共通の中心軸から所定距離を有し、かつ前記複
数のシールは前記共通の中心軸のまわりに放射状に配設
され、前記複数のシールの各々の半径は前記シールプレ
ートの孔の前記共通の中心軸からの距離に実質的に等し
い。
好適形態において、前記シールプレートは前記共通の
中心軸から前記孔と異なる距離を有する第２孔を更に含
み、かつ前記ハウジングは前記複数のシールと同心に配
設された複数の第２シールを更に含み、前記複数の第２
シールの各々の半径は前記第２孔の前記共通の中心軸か
らの距離と実質的に等しい。
好適形態において、前記環状面の外径は前記上昇環状
リングの直径よりも僅かに小さい。
本発明の形態の魅力的特徴は、前記シールの表面が常
時シールプレートと接触維持され、かつそれにより金属
工作機械の冷却用途に使用される従来分配弁の上述の問
題の全てを克服することである。従って、シールとシー
ルプレートの封止面は分離することなく、これらの臨界
面を汚染により損傷する危険はない。更に、シールはロ
ータ表面を拭き取り、かつ封止面から如何なる破片をも
清掃する。各ステーションが選択されかつシーツがシー
ルプレートに対して移動するので、シール面はシールプ
レートを横切って拭き取りその通路から汚染を一掃す
る。シールは分配弁を通る無制限のクーラントに完全穴
の流路を提供する。
図面の簡単な説明 本発明の上記および他の特徴、形態および利点は次の
説明、添付請求の範囲、および添付図面からより良く理
解されるであろう。
添付図面において、図１は代表的用途に使用される金
属工作機械（タレット旋盤）上に設置された分配弁の１
形態を示す。
図２は分配弁の１形態の正面図である。
図３は分配弁の１形態の側面図である。
図４は分配弁の１形態の側断面図である。
図５は６個の出口弁のためのシール装置を示す分配弁
の１形態の前断面図である。
図６は８個の出口弁のためのシール装置を示す分配弁
の１形態の前断面図である。
図７はシールと同列のシールプレートを示す分配弁の
１形態の拡大断面図である。
図８は閉鎖位置における閉塞された流路およびシール
プレートを有するシールおよびシールプレートの配置を
示す分配弁の１形態の拡大断面図である。
詳細な説明 本発明の好適形態において、金属工作機械の代表的用
途に使用される高圧クーラント用分配弁は図１に示され
ている。高圧クーラントはモータまたはポンプ14から流
路またはパイプ16を通って金属工作機械17へ配送され
る。保持室または受器12は流路15を介してポン14へクー
ラントを供給するために設けられている。分配弁10は、
クーラントが工具テーション18の各々へ誘導されるよう
に、適宜位置で金属工作機械17へ取付けられる。クーラ
ント用ノズル20は工具ステーション18からの高圧クーラ
ントを切削工具21およびワークピース22に誘導される高
速ジェット流へ変換するために設けられてよい。工具内
部にクーラント用通路およびチャンネルを有する中ぐり
棒およびドリルビット等の切削工具がクーラント用ノズ
ルを必要としないことは当業者により理解されるところ
である。
図１を参照すると、例示金属工作機械はタレット旋盤
17として示されている。この形態において、複数の工具
ステーション18がワークピース22を切削、成形、および
穿孔するために使用される工具21を保持するために設け
られている。これらの工具ステーション18は典型的には
タレット旋盤17上に円形パターンに配置され、分配弁10
はタレット旋盤17の中心に設置される。
クーラントは機械加工時に２つの主目的を達成する。
その第１は加工時にワークピース22を冷却することであ
る。これはクーラントが最大の冷却効率を発揮するよう
にワークピース22へ誘導されることを必要とする。ワー
クピース22の切削工具の冷却は切削工具の寿命を延ばす
上で重要であり、かつ高速でのワークピース22の加工を
可能にする。最大冷却効率を達成するために、クーラン
トの工具ステーション18への分配に使用される弁は完全
流弁であってクーラント流に対する障害は最小限でなけ
ればならない。
クーラント流の第２の効果的利点はワークピース22上
での金属工作機械17の切削運動により生じる材料破片の
除去である。切削工具からの効率的破片除去はワークピ
ース表面のより精密な仕上げに繋がり、これは高い要求
がある。精度およびワークピース22の加工速度はクーラ
ントの速度の関数であり、これは、順次、クーラントの
作業圧力の関数である。本発明の好適形態は、弁封止面
上でのこれらの作業条件に有害効果を伴うことなく高
圧、高速、かつ交流量でクーラントを工具ステーション
18の各々へ分配する。
図２、３および４を参照すると、分配弁10は入口32お
よび複数の出口34を有する中空包囲体30を含み、各出口
は金属工作機械のステーションへ連結される。好適形態
において、メンテナンスおよび製造の容易性から、中空
包囲体30はボンネット36およびハウジング38から成る２
つの適合するセクションで形成され、ハウジング38へ螺
合された複数のボルト52により結合されている。ボルト
52と交互に位置決めされたボルト54は、分配弁10を金属
工作機械へ取付けるために使用されている。ボンネット
36とハジング38間のジョイントは弾性Ｏリングシール65
で封止される。
円形シールプレート40はその中心で中空シャフト44へ
固定されている。このシャフトは軸受け46により支持さ
れている。孔42がシールプレート内に形成されている。
この孔はクーラントを入口32から選択された出口34へ通
過させるためにハウジング38内に取付けられた複数のシ
ール50の１つと回転自在に整列する。プレート40が回転
するときに、逐次出口34は入口32と連通する。
スラスト軸受48はシール50を横切る差圧によりシール
プレート40上の圧力の軸力を吸収するために使用され
る。この差圧はポンプ14からのクーラント配送圧力とシ
ールプレート40により閉塞される各シール50における大
気圧間の差圧である。
図５および６を参照すると、異なる同心シールパター
ンが特定用途に要求される出口34の個数およびコンパク
ト程度によって使用できる。図５および６はそれぞれ６
個の出口弁および８個の出口弁を有するシールパターン
を示す。
本発明の形態はハウジング38内に取付けられる同軸ま
たは円形パターンのシール50を示すが、他の形態として
直線パターンを含む他のシールを使用できる。シールプ
レート40は四辺形または短形断面を有しかつ回転ではな
く直線状に運動するものであってよい。
他の形態として、図４に示されたようにタレット旋盤
へ延びたシャフト44を有しかつ中空シャフトへクーラン
ト流を誘導するタレット旋盤へ取付けたボンネット36を
有するものであってよい。他の形態として、中実シャフ
トおよび回転自在タレット旋盤へ取付けたハウジングで
あってよく、図４に示されたように流れをチャンネルか
ら反対側入口32へ誘導するものであってよい。
シール50の作用は図７および８を参照することにより
最良に理解される。シール50はシール体51、ばね58、お
よび弾性Ｏリングシール60を支持する環状面61で構成さ
れる。好適には、ばね58はシールフランジ56とハウジン
グ38間で圧縮される円形波形ばねである。他の形態とし
て従来コイルワイヤ圧縮ばねまたは当分野で既知の他の
いずれの手段の使用も含む。ばね58の機能は、クーラン
トが減圧されるときにシール体51とシールプレート40と
の接触を確実にする。シール50はフランジ56上に上昇環
状リング62を形成しており、このリングは漏洩の無い界
面をシールプレート40とシール50との対面間に形成する
ようにシールプレート40のフラット性と仕上げに対応す
るフラット性と仕上げを有する。前記シールプレート面
に要求されるフラット性およびシールの上昇環状リング
はヘリウム光帯域またはヘリウム光の波長により測定さ
れ、かつ代表的には４ヘリウム光帯域よりも小さい。こ
のフラット性の程度はシールプレート40とシール50の環
状リング62の両者をフラットラップ仕上することにより
達成される。
環状リング62の直径とＯリングシール溝の内径64との
関係は、そのシール面上の力、シールをシールプレート
と接触状態で保持するために常時働く力が、クーラント
の圧力上昇を伴う程に増大し過ぎないように圧力の均衡
を保つ上で重要である。これは過剰磨耗を解消し、弁を
無効トルクを伴うことなく回転させる。特に、Ｏリング
シールの内径64はそのシールの環状リング62の直径より
も常に小さく、それによりクーラント圧が作用するとき
にシールプレートとシールとの接触を維持する力を生じ
る圧力領域を形成する。このシール条件が本発明の分配
弁を高効率で作動させかつ従来技術の問題点を克服す
る。
作用として、金属工作機械と連動して、上記分配弁は
活動し、金属工作機械が新しい作動工具ステーションを
選択するごとに作動し、その時、分配弁を取付けたタレ
ット旋盤が回転して分配弁へ固定されたシールを運搬す
る。弁シャフト44は取付けられたシールプレート40と同
様に固定される。このようにして、次のステーションが
回転して孔42の上方へ位置決めされると、クーラントを
その工具ステーションへ送り、他の全ステーションを図
８に示されたように封止する。
シールプレート40およびシール50の両者は硬質材料に
より形成される。シール50はシールプレートよりも交換
が容易かつ安価であるので、如何なる磨耗もシールプレ
ート40ではなくシール50に生じるように、好適には、シ
ールプレート40はシール50よりも硬質、即ち、ロックウ
エル硬度スケールで約10点を越える硬度である。
上記説明から明らかなように、本発明は流れ媒体内の
汚染に対して損傷抵抗を有する分配弁に対する直接的ニ
ーズを満足させる。本発明はシールプレートと接触保持
されるシールを有する回転分配弁を提供することにより
このニーズを満足させる。この分配弁は他の特定形態で
具体化させてよく、本発明の精神または必須属性から逸
脱しない種々の装置に使用できる。従って、上述の形態
はあらゆる点で図解のためであり、限定的と理解される
べきでなく、上述の説明ではなく本発明の範囲を示す添
付請求の範囲に基礎を置くべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 平５−27794（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−2618（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許3972350（ＵＳ，Ａ) 米国特許3556151（ＵＳ，Ａ) 米国特許3076478（ＵＳ，Ａ) 米国特許2925095（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 11/00 - 11/24 B23Q 11/10

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高圧クーラントを通過させる入口および出
    口を有する中空シャフト、 前記中空シャフトへ取付けられたシールプレート、前記
    シールプレートは前記中空シャフトの出口へ連結される
    孔を有する、および 複数のシールを有するハウジング、前記複数のシールの
    各々はシール体、前記複数のシールのそれぞれと前記シ
    ールプレート間に漏れの無い界面を形成するための、上
    昇環状リングを有するシールフランジ、およびＯリング
    シールを支持するための環状面から成り、前記環状リン
    グは前記環状面の外径と実質的に同一の直径を有する、
    から成る金属工作機械における高圧クーラント分配のた
    めの分配弁。
  2. 【請求項２】前記シールプレートに対して前記シールを
    付勢するための、前記ハウジングと前記環状リング間で
    前記シール体の外部のまわりに設置された弾性部材を更
    に含む請求項１の分配弁。
  3. 【請求項３】前記ハウジングおよび前記シールプレート
    は共通の中心軸を有し、前記シールプレートの孔は前記
    共通の中心軸から所定距離にあり、かつ前記複数のシー
    ルは前記共通の中心軸を中心に半径方向に配置されてい
    て、前記複数のシールの各々の半径は前記共通の中心軸
    からの前記シールプレートの孔の所定距離に実質的に等
    しい請求項１の分配弁。
  4. 【請求項４】前記シールプレートは前記ハウジングの複
    数のシールの１つと前記シールプレートの孔を回転自在
    に整列するために前記共通の中心軸を中心に回転自在で
    ある請求項３の分配弁。
  5. 【請求項５】前記ハウジングは前記ハウジングの複数の
    シールの１つと前記シールプレートの孔を回転自在に整
    列するために前記共通の中心軸を中心に回転自在である
    請求項３の分配弁。
  6. 【請求項６】前記シールプレートは前記共通の中心軸か
    ら前記シールプレートの孔と異なる距離を有する第２孔
    を更に含み、かつ前記ハウジングは前記複数のシールと
    同心に配設された複数の第２シールを更に含み、前記複
    数の第２シールの各々の半径は前記第２孔の前記共通の
    中心軸からの距離に実質的に等しい請求項３の分配弁。
  7. 【請求項７】前記高圧クーラントを前記中空シャフトの
    出口から前記シールプレートの孔へ誘導するための前記
    ハウジングへ連結されたボンネットを更に含む請求項１
    の分配弁。
  8. 【請求項８】前記ハウジングは、前記シールが前記シー
    ルプレートの孔と整列するときに、前記金属工作機械の
    工具ステーションへ高圧クーラントを通過させるための
    前記複数のシールの各々のための出口を更に含む請求項
    １の分配弁。
  9. 【請求項９】中心軸の中心に半径方向へ配設された複数
    のシールを有するハウジング、前記複数のシールの各々
    は高圧クーラントを通過させるためのシール体、上昇環
    状リングを有する環状フランジ、およびＯリングシール
    を支持するための環状面を有し、前記環状リングは前記
    環状面の外径と実質的同一の直径を有する、および 前記ハウジングと共通の中心軸を中心に回転自在に連結
    されたシールプレート、前記シールプレートは前記複数
    のシールの１つを回転自在に高圧クーラント源へ連結す
    るために前記複数のシールの半径と実質的に同一距離を
    前記共通の中心軸から有する孔を有する、から成る金属
    工作機械における高圧クーラント分配のための分配弁。
  10. 【請求項１０】前記複数のシールの各々のための弾性部
    材を更に含み、前記弾性部材は前記シールプレートに対
    して前記環状リングを付勢するために、前記ハウジング
    と前記環状フランジ間で前記シール体の外部のまわりに
    設置されている請求項９の分配弁。
  11. 【請求項１１】前記ハウジングまたは前記シールプレー
    トのいずれか一方は、前記ハウジングの複数のシールの
    １つと前記シールプレートの孔を整列するために、前記
    共通の中心軸を中心に回転自在である請求項９の分配
    弁。
  12. 【請求項１２】前記シールプレートは前記共通の中心軸
    から前記孔と異なる距離を有する第２孔を更に含み、か
    つ前記ハウジングは前記複数のシールと同心に配設され
    た複数の第２シールを更に含み、前記複数の第２シール
    の各々の半径は前記第２孔の前記共通の中心軸からの距
    離に実質的に等しい請求項９の分配弁。
  13. 【請求項１３】高圧クーラント源と金属工作機械の工具
    ステーション間を連結するための入口および複数の出口
    を有する分配弁において、前記分配弁は、 前記入口へ連結される孔を有するシールプレート、およ
    び 前記複数の出口へそれぞれ連結される複数のシールを有
    するハウジングを含み、 前記複数のシールの各々はシール体、前記シールプレー
    トと前記複数のシールとの間に漏れの無い界面を形成す
    るための、上昇環状リングを有するシールフランジ、お
    よびＯリングシールを支持するための環状面から成り、
    前記上昇環状リングは前記環状面の外径と実質的同一の
    直径を有し、前記ハウジングは前記金属工作機械の工具
    ステーションの１つへ前記高圧クーラント源を選択的に
    連結するために前記シールプレートへ移動自在に連結さ
    れることを特徴とする。
  14. 【請求項１４】前記複数のシールの各々に対する弾性部
    材を更に含み、前記弾性部材は前記シールプレートと前
    記シールとを接触状態で保持するために前記ハウジング
    と前記環状リング間で前記シール体の外部のまわりに設
    置されている請求項13の分配弁。
  15. 【請求項１５】前記ハウジングおよび前記シールプレー
    トは共通の中心軸を有し、前記シールプレートの孔は前
    記共通の中心軸から所定距離を有し、かつ前記複数のシ
    ールは前記共通の中心軸のまわりに放射状に配設され、
    前記複数のシールの各々の半径は前記シールプレートの
    孔の前記共通の中心軸からの距離に実質的に等しい請求
    項13の分配弁。
  16. 【請求項１６】前記シールプレートは前記共通の中心軸
    から前記孔と異なる距離を有する第２孔を更に含み、か
    つ前記ハウジングは前記複数のシールと同心に配設され
    た複数の第２シールを更に含み、前記複数の第２シール
    の各々の半径は前記第２孔の前記共通の中心軸からの距
    離と実質的に等しい請求項13の分配弁。
  17. 【請求項１７】前記環状面の外径は前記上昇環状リング
    の直径よりも僅かに小さい、請求項１の分配弁。
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